16.08.2018 - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Wie lange hält der Motor?

Die Wartungsintervalle von Abgasturboladern, die bei Verbrennungsmotoren häufig zum Einsatz kommen, werden unter anderem durch die Radialverdichterräder aus Aluminium vorgegeben. Das Problem: Beim Verdichten der Luft steigt die Temperatur an, das Material altert und verliert seine ursprüngliche Festigkeit. Bislang war es nicht möglich, diesen Alterungsprozess und damit die Lebensdauer des Bauteils ausreichend präzise vorherzusagen. Der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist es in einem Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) gelungen, ein Berechnungsmodell zu entwickeln, das genau das kann.

Abgasturbolader werden bei vielen Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Energie der Abgase zumindest teilweise zu nutzen. In einem PKW, der nur wenige Kilometer pro Tag gefahren wird, wird das Bauteil nur kurzzeitig beansprucht. Anders sieht es aus, wenn der Motor stetig über viele Stunden im Einsatz ist, beispielsweise bei einem Fischtrawler, der in der Hochseefischerei eingesetzt wird. Gut zu wissen ist daher, wie lange das Bauteil voraussichtlich halten wird, um die Wartungsintervalle entsprechend zu planen.

Wissenschaftler der BAM haben dazu das Material, eine Aluminiumlegierung, genauer unter die Lupe genommen. Das Material wird im Herstellungsprozess bei 195 Grad Celsius ausgehärtet und erhält so seine optimale Festigkeit. Beim Verdichten der Luft erhöht sich die Temperatur und das Material altert. "Um mehr über den Verlauf des Alterungsprozesses zu erfahren, haben wir uns angeschaut, wie sich die Mikrostruktur und damit die Festigkeit der Aluminiumlegierung über einen Zeitraum von fast drei Jahren verändert, wenn die Temperaturen bei 190 Grad Celsius oder knapp darunter liegen", erklärt Prof. Dr.-Ing. Birgit Skrotzki, Leiterin des Fachbereichs Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik. Die gewonnenen mikrostrukturellen Daten sind die Grundlage für ein erweitertes Berechnungsmodell, das den Festigkeitsverlust des Materials mitberücksichtigt. Dadurch konnten bestehende Alterungs-, Verformungs- und Lebensdauermodelle verbessert werden.

"Das Berechnungsmodell trägt so dazu bei, die Lebensdauer von Radialverdichterrädern aus Aluminium auch unter starker Beanspruchung besser vorherzusagen", fasst Skrotzki zusammen. So können Hersteller und Nutzer besser kalkulieren, wie lange der Motor zuverlässig läuft – egal ob im Stadtverkehr oder auf hoher See.

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